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L’écho de la formation de la barre stellaire dans notre Galaxie capturé par Gaia

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Fig. 1 : Mouvements verticaux induits dans le disque, à l’époque de formation de la barre. Le panneaux du haut montre la force de la barre dans la simulation, en fonction du temps. L’époque de formation de la barre est indiquée par la flèche verte, celle de formation du bulbe à cacahuète par la flèche rouge. Quand la force de le barre est maximale, on voit des perturbations verticales apparaître dans le disque. Elles sont visibles autant dans la hauteur moyenne des étoiles au disque galactique (panneau du milieu) que dans leur vitesse verticale (panneau du bas). Ces perturbations se propagent pendant des milliards d’années dans le disque. Les différentes courbes dans chaque panneau dépendent de la distance du centre de la galaxie simulée, de 0.5 a 20 kpc.

Depuis la publication de son deuxième catalogue, la mission Gaia de l’ESA ne cesse de faire de nouvelles découvertes. Une des plus marquantes concerne l’existence de structures particulières dans l’espace des phases, c’est-à-dire dans l’espace qui combine positions et vitesses des étoiles pour décrire leur mouvement. Si on trace la distance au plan galactique des étoiles au voisinage solaire en fonction de leur vitesse dans la même direction, leur distribution dessine une structure spirale. Cela a été jusqu’à présent interprété comme dû à un état de non-équilibre de notre Galaxie, possiblement provoqué par le dernier passage à travers le disque de la galaxie du Sagittaire, le satellite actuellement le plus proche de la Voie Lactée. Le mouvement actuel des étoiles garderait la mémoire de cette perturbation récente.

Dans un travail publié dans A&A Letters, des chercheurs de l’Observatoire de Paris et du MPE, Garching, ont proposé un scénario différent pour expliquer l’origine de ces structures. Elles constitueraient la trace fossile de la phase de formation de la barre Galactique, quand celle-ci a acquis sa structure caractéristique en forme de cacahouète observée aujourd’hui. Les mouvements radiaux et verticaux engendrés par sa formation se seraient propagés pendant des milliards d’années dans le disque (voir Fig 1) et seraient mesurables aujourd’hui grâce à Gaia (voir Fig 2). Pour montrer cela, cette équipe a réalisé une des simulations à plus haute résolution jamais réalisée de la Galaxie, en modélisant l’évolution de plus de 100 millions de particules dans le disque, pendant plusieurs milliards d’années. Ce travail ouvre nombre de questions et perspectives : est-il possible d’utiliser ces spirales pour dater l’époque de formation de la barre, qui reste encore inconnue dans notre Galaxie ? Et comment démêler les signatures laissées par la formation de la barre de celles induites par le passage de la galaxie du Sagittaire ? Des questions sur lesquelles cette équipe compte travailler dans les mois qui viennent.

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Fig. 2 : Spirales dans l’espace des phases révélées par Gaia (à gauche) et détectées dans la simulation (à droite, voir Khoperskov et al 2019). Dans les deux panneaux, la couleur indique la vitesse azimutale moyenne.
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Vidéo : La vidéo montre la formation d’une barre et d’un bulbe à cacahouète dans le disque d’une galaxie type Voie Lactée. La formation de la barre engendre des mouvements verticaux et radiaux qui se propagent pendant des milliards d’années dans le disque, et qui sont détectables aujourd’hui sous forme d’une structure spirale dans l’espace des phases, comme celle découverte par Gaia.

Référence : « The echo of the bar buckling : Phase-space spirals in Gaia Data Release 2 », Khoperskov, Di Matteo, Gerhard, Katz, Haywood, Combes, Berczik & Gómez, 2019, A&A, 622, L6

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